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宇宙・医療分野へのエマルション技術の応用のための研究

2004年4月5日@放射線医学総合研究所. 宇宙・医療分野へのエマルション技術の応用のための研究. 重粒子線がん治療装置等共同利用研究 15 P152. 歳藤利行（名古屋大学）. 名古屋大学、放射線医学総合研究所、 GEANT4 日本グループ（ＫＥＫ，ＳＬＡＣ）、 宇宙科学研究所、東邦大学など.

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宇宙・医療分野へのエマルション技術の応用のための研究

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Presentation Transcript

  1. 2004年4月5日@放射線医学総合研究所 宇宙・医療分野へのエマルション技術の応用のための研究 重粒子線がん治療装置等共同利用研究 15P152 歳藤利行（名古屋大学） 名古屋大学、放射線医学総合研究所、GEANT4日本グループ（ＫＥＫ，ＳＬＡＣ）、 宇宙科学研究所、東邦大学など • 名大理，放医研A，高エ研B，宇宙研C，東大理D，神戸大発達E，東邦大理F，愛知教育大教育G，鳴門教育大H，群馬大医I，SLACJ，立命館大理工K歳藤利行，丹羽公雄，中野敏行，中村琢，伴尊行，高橋覚，兼松伸幸A，遊佐顕I，小森雅孝A， • 村上晃一B，佐々木節B，尼子勝哉B，吉田肇H，田中覚K，小井辰巳A，浅井慎J，尾崎正伸C，国分紀秀D，青木茂樹E， • 渋谷寛F，児玉康一G

  2. ~120μm 飛跡の高速自動読み取り 44μm 16層の断層映像 3次元画像解析 3視野/秒 タウ・ニュートリノの検出に貢献 FNAL E872(DONUT)(1998) 中野敏行:三次元素粒子飛跡の並列画像処理 日本物理学会誌2001年6月号 S.Aoki, et al. NIM B 51(1990)466 重イオンビームに対して 位置精度～1μm 角度精度～5mrad

  3. 入射角破砕反応 ビーム 標的(人体ではH,C,N,O,Ca,Pなど) 炭素ビーム　 180MeV/u zの小さな複数個の核に破砕 150μm 目的 すべての荷電2次粒子を検出・測定 個々の事象ごとに反応を再構成 原子核の多重度、角度、運動量などを測定。データベース化 モンテカルロシミュレーション(GEANT4)の重粒子線治療応用を 確立させるのに必要な調整用・検証用データとして利用

  4. 2003年度の経過 12Cビームを使った基礎研究 2003年4月135MeV/u　飛跡読み取りテスト・電荷測定 6月180MeV/u　電荷測定・同位体分離 飛程のゆらぎ 9月430MeV/u　水ターゲットチェンバー 2004年1月430MeV/u　水ターゲットチェンバー

  5. 水 3mm 遮光防水フィルム 厚さ~80μm 水ターゲットチェンバー 人体の主要構成物質 30cm 2004年1月照射 430MeV/u β=0.72 12Cビーム 87層 12000本/2cm×2cm 水中飛程~30cm 87層 ビームが静止するまでの エネルギー領域をカバー エマルションフィルム 44μm両面塗り200μmTACベース

  6. 430MeV/u 12C 3840事象 ~12000本 NTK≧2 NTK=1 20 20 2cm インパクトパラメータ(μm) 3840事象 22cm 6 1 2 3 4 5 2次粒子の本数(NTK) 上流側から66層(22cm）を解析Ekine=430～200MeV/u

  7. Z=6 入射粒子 Z=2 Z=1 Z=1 Z=2 2次粒子 Z≧3 0.1 0.3 0.5 ピクセル数 入射粒子との角度差(tanθ) ビーム:白,青:Z=1,緑:Z=2赤:Z≧3

  8. ビーム:白,青:Z=1,緑:Z=2赤:Z≧3

  9. 5mmアクリル ターゲット y z x B 248mm ρ[g/cm3] X0[cm] Airex 　 0．08　　 515 OPERA film　 2．4 5.5 エマルションチェンバー挿入部 サイズ　６５×６５×２００mm3 永久磁石を用いたエマルションスペクトロメーター ビームと破砕粒子のβはほぼ同じ 2003年6月照射 破砕粒子のｚ（電荷）と運動量（ｐ）を測定することで、同位体分離が可能 エマルション10枚とAirex（ポリエーテルイミド発泡体）のサンドイッチ構造 NbFeB永久磁石 中心磁束密度　１テスラ

  10. 磁場の影響を受けた炭素ビーム 磁場なし 磁場あり z x 磁場による飛跡の曲がり 18．3cm 分布の拡がり:18% 3．0cm

  11. 2003年度:12Cビームを使用 まとめと今後の展開 炭素・水反応を約4000事象検出 事象毎に電荷・放出角を測定 水ターゲットチェンバー 電荷測定 同位体分離 データから断面積などさまざまな物理量を導出 QMDに基づく核破砕反応ルーチンを組み込んだGEANT4との比較 Z=1,2,Z≧3の区別は可能 リフレッシュ処理による減感など→Z=3,4,5,6の区別 磁場による12Cビームの曲がりを測定(18%error) 組み立て精度の改良、物質量を減らす→3He,4Heの区別 2004年度前期マシンタイムでは2次ビーム(He,Li,Be,B)を使用し 電荷測定、同位体分離に重点をおいた研究を行う。 2004年度後期以降 様々な種類のターゲット、ビームによるデータ集収

  12. Z=1 Z=2 Z=6 ビーム照射後のフィルムを高温・高湿下に さらすことにより、主にデルタ線が生成した 潜像核を消去する。 リフレッシュ処理による電荷の分離 現像後の飛跡が細くなる δ線～5本/44μm Z=6 ピクセル数 Z=2 180MeV/u 12Cビーム リファレンス Z=1 リファレンス リフレッシュ処理 38℃ R.H.98% 3日 リフレッシュ処理後 ピクセル数

  13. 厚型フィルムチェンバー 厚型フィルム8枚を積層 標準タイプ 116枚を積層 ビーム C12ストラグリング分布 2003年6月照射 Range struggling の測定 FWHM:240μm

  14. 方法１： 角度差法 方法２： サジッタ法 ΔΘ＝Θ最下流－Θ最上流 実際の粒子の軌跡 S 飛跡の始点と終点を結んだ直線 L/２ L/２ L z（電荷）/ｐ（運動量）の測定 各プレートのトラックセグメント Θ最上流 p/z = 300B(T)R(m) Θ最下流 R ≒LΔθ 相対誤差　１２％ 最上流プレート 中間プレート 最下流プレート S≒ＬΔθ/4 相対誤差　１１％

  15. 炭素ビーム z＝1or2 z≧3 z＝1,2 z≧3 飛跡読み取り装置の信号強度 z（電荷）/ｐ（運動量）の測定 曲がり［mrad] 2H 磁場なし 4Heまたは2H候補のｚ/ｐ分布 Very preliminary 4He 実際のエマルション中の映像

  16. 1H候補と2H候補のｚ/ｐ分布 1H 2H z（電荷）/ｐ（運動量）の測定 1H候補の再構成 炭素ビームの曲がり量 曲がり［mrad] 磁場なし 1H候補のｚ/ｐ分布 1H Very preliminary z＝1,2 z≧3 飛跡読み取り装置の信号強度 1Hと2Hで違いあり

  17. エマルションフィルム 12.5cm 厚さ 288μm 10cm OPERA実験用に大量生産中 水槽 87層 40cm 21cm

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